状态机编码的低功耗设计

论文摘要

摩尔先生提出了晶体管的数量每十八个月翻一番,微处理器的速度也越来越快。功耗问题就成为集成电路设计时的一个主要问题,低功耗设计技术成为当今VLSI产业的一项关键技术。在VLSI系统中大部分是时序电路,时序电路可以用符号化的FSM（Finite State Machine）来模拟,这就使得低功耗FSM的优化变得尤为重要。本文工作是将现有的几种状态机编码分别针对同一状态机电路进行低功耗设计,主要设计了两个实验,基于跳变率统计两个实验的结果,比较它们的功耗优化率。论文主要内容有三:（1）介绍状态机和低功耗设计的基础知识,例如状态机的概念、原理、状态机种类与编码,低功耗策略和设计方法等;（2）在了解状态机基本原理的基础上设计了两个有关状态机的实验,实验一选择的是一个四位的简单状态机,实验二是UART传送机。然后通过Verilog HDL语言对两个实验做功耗设计,比较它们的功耗;（3）对实验中的程序用modelsim进行仿真,对结果进行了比较,得出了仿真结论。论文在两个实验的设计下得出结论:在以两位的Binary编码来设计状态机时（对应的One-hot编码是四位、Gray编码是二位）,One-hot编码功耗比之Binary编码要多出了33.3%,而Gray编码的功耗比之Binary编码却要优化33.3%。故在所设计的两个实验下:三种编码中Gray编码的功耗最低,Binary编码次之,One-hot编码最高。所以在状态机设计时,如果仅仅考虑功耗,那么选取Gray编码最优。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究述评
• 1.3 工作内容与创新点
• 第二章 基础原理
• 2.1 状态机的概念
• 2.2 状态机的描述方法
• 2.3 状态机的分类和编码
• 2.3.1 状态机的分类
• 2.3.2 状态机的5 种编码
• 2.4 状态机的代码风格
• 2.5 低功耗设计
• 2.5.1 功耗分析
• 2.5.2 低功耗设计的策略
• 2.5.3 低功耗设计的方法
• 2.5.4 低功耗设计的公式
• 2.6 本章小结
• 第三章 简单状态机架构下的低功耗设计
• 3.1 FSM 设计的一般步骤
• 3.2 翻转率分析的有效性
• 3.3 四状态有限状态机设计
• 3.4 实验数据记录
• 3.5 实验数据处理
• 3.6 本章小结
• 第四章 在UART 电路中状态机的低功耗设计
• 4.1 UART 发送机原理
• 4.2 程序设计
• 4.3 实验数据记录
• 4.4 实验数据处理
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 附录
• 致谢